Дослідження процесів очищення вуглеводневих сумішей за допомогою глинистих матеріалів

- взаємодія органічних речовин, впроваджених у алюмосилікати з іншими речовинами.

Застосування гідрофобізатора на водній основі є найбільш економічним, але вимагає вторинної термообробки, щоб позбутися від надлишку води. У разі застосування емульсії на основі спирту термічна обробка не потрібна, спирт швидко випаровується при нормальних умовах. Проникаюча здатність гідрофобізаторів на органічній основі більша, ніж гідрофобізаторів на водній основі. Ступінь гідрофобізації поверхні визначається будовою молекул модифікатора, їх природою, а також молекулярною масою [11, 23, 26].

Електронно-мікроскопічні дослідження поверхні природних глин, оброблених органосилоксанами, вказують на орієнтацію полісилоксанових плівок по краях пластин і активних зон для сорбції води, при цьому не відбувається утворення суцільного покриття реактиву і закриття міжпакетного простору. Сукупність вищевказаних ознак необхідна і достатня для отримання селективного та гідрофобного адсорбенту з заданими адсорбційно-структурними показниками як для ідентифікації компонентів у складній суміші, так і для розділення і очистки вуглеводневих розчинів та збору нафтопродуктів з природних вод.

У [12] зазначається, що для надання гранульованим алюмосилікатним сорбентам гідрофобних властивостей, які покращують поглинання нафтопродуктів, їх обробляли різними кремнійорганічними речовинами (алкілсиліконатами натрію, поліетилгідроксилсилоксаном). Обробка поверхні цеолітів кремнійорганічними сполуками робить її гідрофобною, що покращує сорбцію нафти з води.

Гідрофобізацію природних алюмосилікатів можливо реалізувати і у газові фазі [15]. Природні і спучені алюмосилікати обробляли парами мазуту марки М-100, регулюючи дози гідрофобізатору в межах від 0,5 до 2% від маси вихідної сировини. Одержані органомінеральні адсорбенти на основі спучених аргіліту і перліту мали високу плавучість, що дозволяє використовувати їх для ліквідації виливів нафти. Ступінь очистки води від нафтопродуктів у статичних умовах для спученого гідрофобізованого аргіліту досягає 98%, а для спученого гідрофобізованого аргіліту перліту - 99%.

Велика оглядова робота [11] повністю присвячена питанням одержання, дослідження та застосування органомінеральних сорбентів на основі природної алюмосилікатної та вугільно-мінеральної сировини. Акцентується увага на тому, що введення органічних катіонів з різною довжиною та розгалуженістю вуглеводневих ланцюгів у обмінний комплекс шаруватих силікатів з гарткою, що розширюється, дозволяє регулювати у широких межах їх сорбційні властивості по відношенню до речовин різних класів. Зокрема, завдяки гідрофобізації поверхні органобентоніт здатен адсорбувати до 50% від своєї маси важкорозчинних у воді рідинних вуглеводнів з середовищ механічно емульгованої нафти, газоліну, керосину. Бентоніт, оброблений четвертинними амінами, може бути використаний для селективного видалення небезпечних органічних забруднювачів, зокрема пестицидів. Бентонітові глини, модифіковані ПАР, є ефективними сорбентами фенолу та інших ароматичних сполук.

У [26] наголошується на тому, що ступінь гідрофобізації природних зразків глинистих мінералів при їх модифікуванні органічними речовинами залежить від співвідношення органічних та неорганічних речовин у модифікованому зразку. Залежність властивостей органоглин у адсорбційних процесах від кількості органічної речовини у зразку приводить до припущення, що на поверхні частинок органоглин наявні не тільки гідрофобні, покриті органічними радикалами (чи молекулами), але й вільні від них гідрофільні ланки; співвідношення гідрофільних і гідрофобних ланок повністю залежить від ступені модифікування зразка, для якого характерна ліофобно-ліофільна макромозаїчність. Загалом модифікування органічними речовинами зменшує гідрофільність глин та підвищує їх здатність до набухання у органічних середовищах. Ці властивості у значній мірі залежать від довжини вуглеводневого радикалу, характеру замісників, ступеню покриття поверхні і кількості сорбованої речовини. Зокрема, гідрфобізація поверхні бентоніту тим більша, чим довший вуглеводневий ланцюг спиртів, які використовують для модифікування.

Особливо слід наголосити на ролі молекулярної маси модифікатора у процесі утворення органо-мінеральних комплексів. Молекула органічної речовини впроваджується у міжплощинний простір глин, якщо розмір молекули модифікатора не перевищує певної величини. При збільшенні молекулярної маси молекула модифікатора орієнтується вздовж грані мінералу таким чином, що у міжплощинний простір попадає не вся молекула, а тільки її активна частина (функціональна група). У цьому випадку з'являється новий вид комплексу глин з органічними речовинами (периферійний комплекс), в яких молекули модифікаторів зачіпають лише край поверхні кристалу глини.

Вказується, що зразки монтморилоніту, модифіковані у парах галогенкремнійорганічних сполук, мають підвищену адсорбційну здатність в порівнянні з іншими органоглинами по відношенню до парів води, бензолу, гептану, циклогексану, н-гептану, н-октану при малих та середніх відносних тисках. Така аномальна поведінка органоглин може бути обумовлена проявом дисперсійних сил взаємодії між органофільною поверхнею дрібних пор (органічні катіони, в результаті катіонообмінної реакції, «розкривають» міжшаровий простір) органоглини та адсорбтивом.

Значна кількість патентів присвячена саме способам та технології одержання гранульованих адсорбентів та каталізаторів на основі глинистих матеріалів [28 - 35]. У [28] розглядається спосіб одержання гідрофобного адсорбенту на основі спученого перліту, модифікованого поліметилгідридсилоксаном. Адсорбент готували при об'ємному співвідношенні рідинної та твердої фази (0,3 - 0,6):1 до нанесення 30 - 50% модифікатора від маси глинистого матеріалу. Термообробку проводили при 320 - 380 С протягом 0,3 - 0,5 год. При використанні даного адсорбенту вдалось знизити вміст нафтопродуктів у воді до концентрацій нижче ГДК (до 0,1 мг/л), що на порядок нижче відповідного показника при використанні сорбенту-прототипу. Використання запропонованого способу одержання гідрофобного адсорбенту дозволяє підвищити глибину очистки води, забрудненої нафтопродуктами, і забезпечує досягнення залишкової концентрації нижче ГДК в 3 рази. Винахід може бути використаний для очистки стічних вод від високодисперсних і розчинених нафтопродуктів у нафтопереробній, машинобудівній промисловості, тепловій та атомній енергетиці, а також у технологічних процесах підготовки питної води.

Винахід [29] відноситься до способу отримання гідрофобного адсорбенту при модифікуванні природних алюмосилікатів і може бути застосований для очищення води від розчинених нафтопродуктів та органічних речовин і ліквідації розливу нафтопродуктів, в газохроматографічному аналізі для ідентифікації компонентів складної суміші та розділення вуглеводневих сумішей, а також для вилучення органічних мікродомішок з водних розчинів.

Сутність пропонованого винаходу полягає в тому, що при одержанні гідрофобного адсорбенту в якості мінеральної матриці використовуються природні алюмосилікати, які модифікують кремнійорганічною рідиною. Природні алюмосилікати проходять попередню термічну обробку при температурі 110°C протягом 2 годин. Серед природних алюмосилікатів рекомендуються каолініт або монтморилоніт з розміром частинок < 0,16 мм. Використання каолініту чи монтморилоніту у якості алюмосилікатного носія обумовлено тим, що активні центри природних алюмосилікатів здатні утворювати різні направлені міжмолекулярні взаємодії за рахунок поверхневих катіонів, гідроксильних груп, кисню тетраедричної гратки.

Використання в якості модифікатора органосилоксанів обумовлено тим, що органосилоксани мають високу термічну і термоокислювальну стабільність, гідрофобність. Концентрація розчину органосилоксанових рідини в толуолі 0,98 - 3,96 моль/л, співвідношення твердої та рідинної фази при модифікуванні 1:1. Модифікування алюмосилікатного носія здійснюється в реакторі з безперервним перемішуванням в залежності від типу модифікатора протягом 2 - 8 годин при температурі 98 - 100°C. Модифікований алюмосилікат охолоджують до температури 20 - 25°C і промивають розчинником і водно-органічною сумішшю. В якості розчинника використовують толуол і ацетон у співвідношенні 1:1, а водно-органічна суміш складається з ацетону і води у співвідношенні 1:1. Після цього отриманий адсорбент висушують при температурі 110 °C протягом 2 годин.

В результаті модифікування органосилоксанами гідрофільна поверхня алюмосилікатів стає гідрофобною. Зміна адсорбційних властивостей і хімії поверхні алюмосилікату при модифікуванні органосилоксанами визначає вибірковість дії і селективність отриманого адсорбенту по відношенню до розчинених у воді нафтопродуктів і органічних речовин. Сорбент може бути використаний для розділення алканів, вуглеводнів бензольного ряду, а також ізомерів ароматичних сполук в газохроматографічному аналізі.

У патенті [30] описаний спосіб одержання гідрофобного адсорбенту для очистки природних і стічних вод від нафтопродуктів. Винахід відноситься до способів отримання твердого гранульованого адсорбенту і може бути використаний при очищенні стічних вод теплових електричних станцій (ТЕС) від нафтопродуктів, а також при охороні навколишнього середовища для видалення розливів нафти і нафтопродуктів з поверхні води.

Як неорганічний матеріал сорбенту використовується карбонатний шлам освітлювачів ТЕС з діаметром частинок 0,01 - 1,4 мм, який піддають термообробці при температурі 180 - 220°C протягом 80 - 100 хв. В якості модифікатора використовують емульсію, приготовлену шляхом перемішування до однорідної консистенції 8% водного розчину поліметилгідридсилоксану і рідкого натрієвого скла, взятих у співвідношенні 1:1. Модифікування термообробленого карбонатного шламу проводять при його змішування з емульсією при співвідношенні 2:1. Після цього здійснюють грануляцію отриманої пластичної маси шляхом формування гранул скачуванням до розміру, рівного 2 - 3 мм, а подальшу термообробку реалізують при температурі 280 - 320 °C протягом 50 - 70 хв. до збереження постійної маси.

Отриманий гранульований гідрофобний адсорбент може бути використаний в якості фільтруючого і сорбційного наповнення, яке здатне замінити активоване вугілля для очищення від нафтопродуктів природних вод водосховищ-охолоджувачів і стічних вод теплових електричних станцій.

Використання винаходу дозволить знизити вартість і підвищити ефективність очищення природних і стічних вод від нафти і нафтопродуктів, розширити номенклатуру нафтових сорбентів за рахунок отримання безпосередньо на місці очищення гранульованого гідрофобного адсорбенту на основі відходів виробництва ТЕС і виключення завдяки цьому додаткових витрат на його транспортування.

У роботі [31] одержаний гранульований адсорбент з палигорськітових глин для осушування нафтового і природного газів. Метою винаходу є зниження матеріальних витрат і підвищення механічної міцності і водостійкості адсорбенту.

Спосіб отримання промислового адсорбенту з палигорськітової глини містить наступні стадії: зволоження глини, формування гранул, сушку, механічну очистку. Зволоження реалізують при співвідношенні маси палигорськітової глини до води, рівному (4-5):(0,8-1,0), сушку - при 195 - 205 ^oC протягом 2 - 2,5 год. Після механічного очищення проводять прожарювання гранул при 445 - 455 ^oC протягом 3 - 3,5 год.

Пропонований спосіб отримання промислового адсорбенту з палигорськітової глини має перевагу перед відомими аналогами: не потрібна попередня обробка перед формуванням, що дає можливість значно скоротити матеріальні витрати, збільшити механічну міцність і водостійкість в порівняно м'яких умовах формування, з отриманням гранул розмірами, що дозволяють використовувати апарати для очищення від вологи з максимальною поверхнею адсорбції і продуктивності апарату.

Винахід [32] стосується одержання гранул на основі бентонітових глин, які пройшли попередню кислотну активацію у сульфатній кислоті. Одержані гранули можуть бути використані для формування каталізаторів або адсорбентів. Одержані адсорбенти можуть бути використанні для відділення ароматичних вуглеводнів від інших вуглеводнів.

У патенті [33] описується метод одержання та використання сорбенту на основі кислотно-активованого глинистого матеріалу та зв'язуючого. В якості глинистого матеріалу можуть бути використані аттапульгіт, каолін, бентоніт, монтморилоніт або їх суміш. Зв'язуючим можуть слугувати колоїдний силіцію оксид, натрію силікат, гідратований алюмінію оксид, крохмаль або їх комбінація. Частинки сорбенту містять 40 - 95 мас.% кислотно-активованої глини та 5 - 30% зв'язуючого. Для кислотної активації пропонують застосувати сульфатну кислоту. Одержаний сорбент характеризується високим опором до утворення тріщин у вологому та сухому стані та хорошою водостійкістю. Питома поверхня сорбенту, визначена методом БЕТ, становить 150 м²/г. Сорбент може сформувати у вигляді таблеток з розмірами на рівні 1 - 10 мм, середній діаметр пор 3 - 4 нм. Одержані таблетки сорбенту відпалюються при температурах 300, 500, 600 С з поступовим підняттям до цієї температури протягом 4 год., 3-годинній витримці та наступному охолодженні до кімнатної температури.

Роботи [34, 35] зосереджені на одержанні каталізатора на основі природного та кислотно-активованого смектиту для видалення олефінів з ароматичних сполук та їх сумішей з тривалим терміном експлуатації. Каталізатор з глинистого матеріалу, який містить обмінні катіони, отримують при обробці у сольовому розчині з іонами Al³⁺.

1.4 Програмні продукти для квантово-хімічних розрахунків та моделювання

У вирішенні багатьох проблем експериментальної хімії важливу роль відіграє квантова хімія. Вона є теоретичним фундаментом для багатьох інших галузей хімії, а її суть полягає у застосуванні квантової механіки для визначення як структури атомів і молекул, так і їх можливих перетворень.

Сучасна квантова хімія дала можливість зрозуміти як влаштований мікросвіт на молекулярному рівні і дозволила з достатньо високим рівнем достовірності проводити прогноз, по-перше, самої можливості існування тієї чи іншої молекулярної системи як стійкої сукупності атомів, по-друге, індивідуальних характеристик таких, по-третє, переважних напрямків перебігу тих чи інших хімічних реакцій.

Сучасні комп'ютерні технології неемпіричної та напівемпіричної квантової хімії дозволяють передбачити геометричну будову, енергію та інші властивості молекул. Тому й методи квантової хімії часто називають новим важливим засобом хімічних досліджень, значення якого порівнюють із значимістю методів молекулярної спектроскопії. Проте між дослідженнями молекул методами квантової та експериментальної хімії існує фундаментальна різниця: розрахунки можна однаково просто виконати як для неіснуючих або нестійких сполук, так і для існуючих сполук, з якими доводиться проводити експериментальні дослідження в лабораторії. Інформативність квантово-хімічних методів структурної хімії значно вища, ніж експериментальних тому, що вони дозволяють одночасно одержати дані про геометрію молекул, дипольні моменти, ентальпії утворення, потенціали іонізації, розподіл зарядів, порядки зв'язків, спінові густини і т.д. І отримати всі ці дані у одному «експерименті».

Доступність потужного програмного забезпечення комп'ютерної структурної хімії, наряду з доступністю сучасних персональних комп'ютерів, зробило квантово-хімічних розрахунки та моделювання практично доступним широкому колу дослідників різних наукових інтересів. У хімічній практиці широко використовуються комплекси програм напівемпіричної та неемпіричної комп'ютерної квантової хімії, найбільш відомими з яких відповідно є MOPAC і Hyper Chem [36 - 39] та GAUSSIAN і GAMESS [40 - 44].

MOPAC - це пакет програм структурної хімії, придатний для розрахунків гігантських (> 10 000 aтомів) біомолекул (у т.ч. ферментів, ДНК і т.д.) на основі використання локaлізовaних молекулярних орбітaлей; хімічних частинок у збудженому і основному електронному стані як у наближенні ізольованої хімічної частинки так і у розчинах; зонної структури твердих тіл; молекул з урахуванням d-атомних орбіталей [36].

У останніх версіях пакету суттєво розширені MNDO, AM1 та РМ3 параметризації. Ці методи базуються на теорії методу нехтування двохатомним диференційним перекриванням (НДДП) [45]. Методи MNDO, AM1 та РМ3 на сьогоднішній день є своєрідною вершиною напівемпіричної теорії. Саме в рамках цих методів проводять більшість сучасних напівемпіричних розрахунків.

З'явився новий набір параметрів методу PM6. РМ6 параметризація принципово розширює можливості напівемпіричної квантової хімії для розрахунків хімічних частинок, що включають елементи усіх головних груп елементів і перехідних металів. Для розробки нового РМ6 методу було використано експериментальні та ab initio величини більш ніж для 9000 сполук. Цю кількість можна порівняти з 39 сполуками, що використані для MNDO параметризації, 200 сполуками для методу АМ1 і 500 сполуками для РМ3 методу. Методи АМ1 і РМ3 були реалізовані у численних пакетах програм структурної хімії, розроблених протягом останніх 20 років. МОРАС з методом РМ6 являє собою перше головне удосконалення в методології МОРАС після представлення у 1989 р. методу РМ3.

Для МОРАС розроблено багато нових зручних алгоритмів прогнозування широкого ряду властивостей. Швидкість розрахунку при використанні МОРАС і точність РМ6 методу є перевагою для генерування електронних дескрипторів для кількісних співвідношень структура - властивість (QSAR-моделі). МОРАС може виконувати розрахунки для полімерів, поверхонь і кристалів в умовах змінних границь, що виключає проблеми, пов'язані з границями та покращує розрахунок властивостей розширених систем, з якими не справляються інші пакети квантово-хімічних програм.

У останніх версіях МОРАС поліпшена реалізація методу COSMO. Тепер можливим є розрахунок сольватованої великої хімічної частинки, а час розрахунку є незначно більшим, ніж для відповідного розрахунку в наближенні ізольованої хімічної частинки. Саме за допомогою континуальної моделі COSMO у роботі [46] було досліджено енергію взаємодії у кластерах інтерметалідів CuAl₂ у водному середовищі. Отримані розрахунки показали про прямий зв'язок між зміною заряду поверхні кластеру інтерметаліду CuAl₂ та величиною енергії міжатомного зв'язку під впливом корозійно-активних компонентів середовища. Ці результати можуть бути використанні для пояснення на атомно-молекулярному рівні експериментальних даних стосовно процесів і механізмів взаємодії металів та сплавів з урахуванням електрохімічного чинника та прогнозування початкових стадій електрохімічних корозійних процесів.

Один з цікавих прикладів застосування пакету МОРАС, пов'язаний з використанням природних глинистих матеріалів наведений у [47]. Квантово-хімічні розрахунки з використанням напівемпіричного методу РМ6 дозволили провести моделювання іонообмінних властивостей цеоліту та описати механізм взаємодії іонів з кластером кліноптилоліту. Було розраховано геометричну та електронну структуру кластерів клиноптилоліту, модифікованих цинком та кальцієм. Проаналізовано перерозподіл електронної густини на атомах оксигену кластеру при формування зв'язків з катіонами цинку та кальцію. Встановлена підвищена здатність модифікованого кластеру до сорбції іонів гідрогену. Таким чином кластер кліноптилоліту, модифіковані катіонами кальцію або цинку, може інгібувати корозійні процеси на металевих поверхнях. Результати квантово-хімічних розрахунків були успішно підтверджені при дослідженні протикорозійної дії модифікованих цеолітів та їх композицій з фосфатовмісною аніонообмінною смолою. Zn-цеоліт та його композиція з фосфатовмісною аніонообмінною смолою - перспективні інгібувальні пігменти для лакофарбових покриттів на алюмінієвих сплавах [48].

HyperChem - комплексний програмний продукт, призначений для завдань квантово-механічного моделювання атомних і молекулярних структур. Він включає в себе програми, що реалізують методи молекулярної механіки, квантової хімії та молекулярної динаміки. Силові поля молекулярної механіки, які можуть використовуватися в HyperChem - це ММ +, Amber, OPLS і BIO + (на базі CHARMM). Реалізовано напівемпіричні методи: розширений метод Хюккеля, CNDO, INDO, MINDO/3, MNDO, AM1, РМЗ, ZINDO/1, ZINDO/S та інші. Представлені неемпіричні методи розрахунку: ab initio (Хартрі-Фока) і метод функціоналу густини [36 - 39].

Пакет програм HyperChem дозволяє виконувати неемпіричні та напівемпіричні розрахунки геометричних, електронних, спектральних і магнітних характеристик молекул, міжмолекулярних комплексів і наноструктур; обчислювати енергію перехідних станів комплексів; проводити розрахунки електронних і коливальних спектрів, характеристик систем в гідратній (сольватній) оболонках; реалузовувати найпростіші розрахунки характеристик кристалів. Даний пакет призначений в першу чергу для вирішення обчислювальних задач комп'ютерної хімії та нанофізики. У багатьох випадках є можливість співставлення результатів розрахунків з експериментальними даними. Загальний вигляд вікна та графічного інтерфейсу програми HyperChem наведений на рисунку 1.1.

Останні версії HyperChem містять графічний редактор, велику базу даних по будові молекул, наносистем, нуклеотидів, полімерів, елементарних комірок кристалів і можуть виконувати розрахунки за всіма сучасними методами квантової хімії. База даних дозволяє легко побудувати структури білків, полімери, фрагменти ДНК, нанокластери металів, металоорганічні сполуки, вуглецеві наноструктури.

Рисунок 1.1 - Загальний вигляд вікна програми HyperChem

Досить великий набір різних методів молекулярної механіки, напівемпіричних методів і всілякі типи базисів, використовувані в ab initio розрахунках, включаючи розщеплені і поляризовані, забезпечують широкий спектр обчислень в HyperChem. На жаль, ab initio розрахунки навіть в базисі 3-21G вимагають значних ресурсів оперативної і загальною пам'яті ЕОМ, і також великої потужності процесора. В даний час цей метод рідко застосовується для молекул або молекулярних фрагментів, що містять більше 10 атомів.

Безперечною перевагою програми HyperChem є можливість наочного зображення графічної структури молекули і зміна геометричних параметрів при оптимізації системи в інтерактивному режимі. Також програма відрізняється значними можливостями візуалізації отриманих результатів розрахунків: молекулярних орбіталей, відносної інтенсивності електронних переходів, потенціалів в двовимірному зображенні і анімації коливальних мод.

У роботі [49] програма HyperChem була використана для прогнозування захисних властивостей комлексонів, а саме фосфонатів та поліфосфатів. Квантово-хімічні розрахунки з повною оптимізацією геометрії проводились напівемпіричним методом АМ1 у наближенні обмеженого метода самоузгодженого поля Хартрі-Фока. Проведені квантово-хімічні розрахунки корелюють з інгібуючими властивостями фосфонатів та поліфосфатів і дозволяють прогнозувати властивості комплексонів, які характеризуються і високою ефективністю попередження утворення накипу, і термостійкістю, і низькою корозійною активністю.

Програмний пакет Gaussian один з найперших програмних пакетів квантової хімії (перша версія вийшла в 1970 р), його основні алгоритми добре налагоджені і надійні; він активно розвивається, і в кожній новій версії цього програмного пакета відображено багато новітніх досягнень в галузі квантової хімії [40, 41]. Керівник групи розробників даного програмного комплексу Джон Попл удостоєний Нобелівської премії з хімії 1998 р. «За розробку обчислювальних методів квантової хімії».

Пакет програм Gaussian дозволяє розраховувати цілий ряд властивостей молекул і характеристик хімічних реакцій, в тому числі:

- структури молекул і перехідних станів, їх енергії;

- коливальні частоти, ІЧ і рамановські спектри;

- термохімічні властивості, енергії зв'язків;

- енергії реакцій і шляхи реакцій;

- молекулярні орбіталі і заряди атомів;

- мультипольні моменти, поляризованості і гіперполяризованості;

- електростатичний потенціал і електронну густину;

- спорідненість до електрона і потенціал іонізації;

- тензори екранування ЯМР і магнітну сприйнятливість і ін.

Можуть бути розраховані не тільки властивості систем в газовій фазі, але і в розчинах. Розрахунки можуть бути проведені для основних та збуджених станів.

Основною програмною одиницею Gaussian є лінк-програма, що виконує певне завдання. Лінки обмінюються один з одним інформацією за допомогою файлів, розташованих на зовнішніх носіях. Лінки, що виконують близькі функції, об'єднуються в оверлеї. Кожен лінк має трьох або чотиризначний номер, останні дві цифри в якому позначають номер лінка в оверлеї, а перші дві - номер оверлею. Наприклад, лінк 105 позначає лінк 5 в оверлеї 1, лінк 1002 - лінк 2 в оверлеї 10.

Оверлей 0 визначає набір дискових файлів і механічних властивостей, необхідних для вирішення задачі і задає послідовність виконання окремих лінків, виходячи із значень ключових слів вхідного файлу. Цей оверлей складається з 2-х лінків: L0 ініціює програму і керує оверлеями; L1 обробляє ключові слова в route section, формує список лінків для виконання.

Оверлей I виконує зчитування вихідних даних і здійснює контроль оптимізації структури. Оверлей I включає наступні лінки: L101 зчитує завдання; L102, L103, L105 здійснюють контроль процедури оптимізації з використанням методів Флетчера-Пауелла (L102), Берні (L103), Метага- Сержента (L105); L106 виконує чисельне диференціювання для обчислення поляризованостей і гіперполяризованостей. Лінк L107 шукає перехідний стан методом лінійного синхронного транзиту; L108 виконує сканування поверхні потенційної енергії; L109 - оптимізацію Ньютона-Рафсона, L110 виконує числовий розрахунок других похідних потенційної енергії для розрахунку частот коливань; L111 виконує чисельне диференціювання, що залежить від напруженості зовнішнього поля енергії для визначення поляризованостей і гіперполяризованостей; L113 для оптимізації застосовує алгоритм слідування власним векторам (EF) використовуючи аналітичні градієнти; L114 проводить чисельну оптимізацію з алгоритмом EF; L115 обчислює шлях реакції; L116, L117 проводить числовий розрахунок самоузгоджене реактивне поле; L118 виконує обчислення траєкторії хімічної реакції; L120 контролює ONIOМ обчислення.

Оверлей 2 складається з одного лінка L202, який на основі заданих координат атомів визначає центр мас молекули, вводить систему центру мас, визначає координати атомів молекули в цій системі, визначає симетрію молекули.

Оверлей 3 управляє вибором базисних функцій і обчисленням інтегралів. L301 генерує базисні функції для кожного атома; L302 обчислює одноцентрові інтеграли; L303 - мультипольні інтеграли, L308 та L309 - ЕСР (effective core potential) інтеграли; лінки L310, L311, L314 обчислюють двохелектронні інтеграли; L316 друкує двохелектронні інтеграли; L319 обчислює одноцентрові інтеграли при наявності спін-орбітального зв'язку.

Оверлей 4 складається з 3-х лінків. L401 формує початковий набір молекулярних орбіталей, що виконує роль початкового наближення для процедури самоузгодженого поля. L402 виконує розрахунки з використанням напівемпіричних методів і методів молекулярної механіки. L405 ініціює обчислення методом багато конфігураційного самоузгодженого поля.

Оверлей 5 містить лінки, які здійснюють процедури самоузгодженого поля. L502 виконує процедуру ССП обмеженим і необмеженим методами Хартрі-Фока (ОХФ і НХФ), як для систем в газовій фазі, так і з урахуванням сольватаційних ефектів в різних розчинниках. При цьому використовуються всі прямі методи, які полягають в перерахунку за вимогою проміжних результатів, особливо двохцентрових інтегралів, а не збереження їх на диску. L503 здійснює розрахунок ОХФ і НХФ методами, використовуючи пряму мінімізацію (ключове слово виклику процедури SCFDM). Цей метод дозволяє майже завжди досягти збіжності, але витрати машинного часу при цьому також зростають. L506 виконує обчислення НХФ або методом GVB-PP. L508 здійснює процедуру ССП з використанням методів квадратичної збіжності, L510 здійснює процедури багато конфігураційного самоузгодженого поля.

Оверлей 6 здійснює аналіз властивостей атомно-молекулярних систем на основі хвильової функції, отриманої в оверлеї 5. L601 здійснює аналіз орбітальної заселеності, заселеності перекривання, дипольних і мультипольних моментів, L602 обчислює одноелектронні властивості (електростатичний потенціал, електричне поле і його градієнт). L604 проводить оцінку молекулярних орбіталей і електронної щільності. L607 здійснює аналіз зв'язуючих орбіталей в термінах локалізованих електронних пар. L608 безітераційно розраховує енергії в теорії функціонала густини; L609 розраховує властивості атомів в молекулі.

Оверлей 7 розраховує перші і другі похідні і сили на атомах. L701 розраховує перші і другі похідні одноелектронних інтегралів; L702 розраховує перші і другі похідні двохелектронних інтегралів (sp); L703 розраховує перші і другі похідні двохелектронних інтегралів (spdf). L709 формує внесок похідних інтегралів ефективного потенціалу осі в градієнти. L716 обробляє інформацію для процесу оптимізації і розрахунку частот коливань.

Оверлеї 8 і 9 призначені для розрахунку електронної кореляції і збуджених станів. L801, L802, L804 виконують перетворення атомних інтегралів в молекулярні. L803 виконує екстраполяцію матриці Фока при використанні складних базисних наборів при розрахунку енергії методом МР2. L811 перетворює похідні інтегралів і обчислює їх внесок в другі похідні МР2. L901 антисиметризує двохелектронні інтеграли. L902 визначає стабільність ХФ хвильових функцій. L903, L905, L906 виконують обчислення з використанням модифікацій методу МР2. L908, L909 проводять обчислення методом зовнішньої валентної функції Гріна OVGF. L913 обчислює post-SCF енергії і градієнтні члени. L914 керує розрахунком збуджених станів методом конфігураційної взаємодії (CI-Singles, RPA і Zindo). L915 проводить розрахунки по теорії збурень 5 порядку (для МР5, QCISD (TQ) і BD (TQ)). L918 реалізує додаткову оптимізацію хвильових функцій.

Оверлей 10 призначений для виконання процедур самоузгодження при використані складних методів. L1002 розв'язує самоузгоджено CPHF рівняння (Coupled-Perturbed Hartree-Fock Equation), обчислює різні властивості, включаючи ЯМР. L1003 самоузгоджено розв'язує CP-MCSCF рівняння, L1014 обчислює аналітично другі похідні при використанні методу конфігураційної взаємодії з одиночною підстановкою.

Оверлей 11 призначений для обчислення похідних різних інтегралів. L1101 обчислює похідні одноелектронних інтегралів. L1102 розраховує матричні елементи від похідних дипольного моменту. L1110 дає результати внеску похідних двохелектронних інтегралів в сили, що діють на атоми. L1111 обчислює PDM і post-SCF похідні, L1112 - МР2 другі похідні. Лінк L9999 виконує закінчення обчислень і формує output файл.

Пакет Gaussian часто використовується для дослідження структури та динамічних властивостей розчинів солей з тетраалкіламонієвого катіону і багатоатомного псевдосферічного аніону у апротонних органічних розчинниках. Ці електроліти використовуються у сучасних хімічних джерелах струму та подвійношарових електрохімічних конденсаторах. У роботі [50] на основі молекулярно-динамічного моделювання отримані залежності питомої провідності розчинів тетрафтороборату-1-1'-спіробіпірролідінія в ацетонітрилі, які принципово узгоджуються з експериментальні даними та проведений ретельний аналіз мікроскопічної структури іонної підсистеми досліджених розчинів.

Найбільш доступним і популярним квантово-хімічним пакетом є програмний пакет GAMESS-US. По-перше, він безкоштовний і кожний користувач може завантажити його і встановити як на персональну машину, так і на кластер. По-друге, в ньому міститься можливість, як і у всіх сучасних програмних пакетах такого типу, реалізовувати паралельні обчислення. По-третє, проект GAMESS-US активно підтримується відомою в світі дослідницькою групою професора Гордона з Державного університету штату Айови. Тому, щороку GAMESS-US доповнюється новими можливостями, методами проведення квантово-хімічних обчислень. У GAMESS-US включені деякі напівемпіричні методи, ab initio і методи теорії функціоналу густини. Тому за допомогою програмного пакету GAMESS-US можна проводити майже всі види обчислень (геометрія основного і збудженого електронного стану; розподіл електронної щільності в молекулі; ядерний магнітний резонанс; кінетичний ізотопний ефект и т.п.). Крім версії GAMESS-US, є ще комерційний варіант даної програми GAMESS-UK [42 - 44].

Архітектура пакету GAMESS, як і більшості програм для квантово-хімічних розрахунків, побудована наступним способом. Створюється вхідний файл в текстовому форматі, який включає в себе характеристики поставленого завдання. Це можуть бути координати ядер в молекулі, метод обчислення, тип поставленого завдання. Вхідний файл (input file) в більшості випадків створюється вручну або за допомогою зовнішнього графічного інтерфейсу. Наприклад, вхідний файл для виконання розрахунків в GAMESS-US може бути створений за допомогою візуалізатора Avagadro.

Синтаксис для створення вхідного файлу в GAMESS-US досить просто зрозуміти. Для того щоб провести розрахунок, необхідно вказати початкові дані. Під початковими даними розуміються подання координат ядер молекулярної системи, характеристики молекули, такі як мультиплетність і заряд, який використовують метод при обчисленні, а також мету обчислення.

Після цього, вхідний файл обробляється основною частиною програмного пакету, проводяться обчислення, дані для яких зчитуються з вхідного файлу. У процесі обчислень формується кінцевий файл (output file) текстового формату. Кінцевий файл можна переглянути в будь-якому текстовому редакторі або провести візуалізацію, наприклад за допомогою Avagadro.

Avogadro - багатофункціональна та гнучка програма класу freeware, призначена для молекулярного моделювання, квантової хімії, біоінформатики, наук про матеріали та споріднених областей наукового знання. Avogadro дозволяє легко побудувати або змінити структуру молекули, відкривати величезну кількість форматів файлів, забезпечує відмінні якості рендерингу молекул і білкових структур, може служити графічною оболонкою для безлічі квантово-хімічних пакетів і самостійно проводити напівемпіричні розрахунки з візуалізацією в вікні програми (рисунок 1.2) [51]. Програма Avogadro створювалась початково з використанням мови С++ і з часом була розширена з використанням Qt та OpenGL для всіх графічних компонентів. Можливості Avogadro легко розширюються плагінами, які можуть бути написані на C++, Qt, Python. Програма працює на всіх популярних ОС, включаючи Windows, Linux і Mac OS X.

Рисунок 1.2 - Загальний вигляд вікна програми Avogadro.

Основні дії, які можна проводити, у програмі Avogadro:

- створити початкову структуру;

- провести оптимізацію структури, використовуючи різні молекулярні механізми;

- генерувати вхідні файли (input files) для потрібних програм і запускати їх;

- імпортувати вихідні файли (output files) і проводити візуалізацію їх результатів.

- рендеринг високоякісних зображень з використанням OpenGL та POV-Ray.

У програмі Avogadro можна сформувати вхідні файли для різноманітних пакетів квантово-хімічних розрахунків, таких як GAMESS, Q-Chem, Gaussian.

Пакет GAMESS має найрізноманітніші застосування [44, 52 - 54]. У статті [44] представлений огляд основних результатів молекулярного моделювання у різних сферах хімії, отриманих з використанням програми GAMESS. У роботі [52] для визначення особливостей хімічних та електрохімічних стадій електровідновлення аквакомплексів нікелю та їх монозаміщених форм проведено квантово-хімічне моделювання неемпіричними методами у програмі WinGAMESS. Результати моделювання дозволять обґрунтовано проводити оптимізацію складу електролітів нікелювання. Так, запропоновано для елімінування небажаної гідроксидоутворюючої реакції у якості заміщуючого у аквакомплексах нікелю ліганду використовувати залишки деяких неорганічних кислот, зокрема акрилової кислоти.

Пакет GAMESS активно використовується для моделювання межі поділу адсорбент-розчин та прогнозування перебігу процесів адсорбції різноманітних молекул на поверхні природних та синтетичних адсорбентів. Наведемо тільки кілька прикладів робіт цього типу [53, 54]. Робота [53] присвячена моделюванню межі поділу кремнезем-водний розчин електроліту. Неемпіричним методом Хартрі-Фока та методом функціоналу густини виконано квантово-хімічні розрахунки рівноважної просторової будови та енергії утворення гідратованих комплексів молекул електролітів (натрію хлориду, неорганічних кислот, неорганічних та органічних основ) на поверхні наночастинок кремнезему. Досліджено механізм гідратації молекул електролітів та показано найбільш ймовірні шляхи адсорбції асоціативних гідратованих комплексів на поверхні високодисперсного кремнезему. Результати дослідження можливо використати при створенні медпрепаратів на основі нанодисперсного кремнезему, оскільки з'ясовано механізм адсорбції молекул та іонних пар складових речовин фізіологічних розчинів та місця їх локалізації в поверхневому шарі кремнезему.

У роботі [54] методами квантової хімії з використанням сольватаційних моделей вивчено взаємодію біологічно активних молекул різної структури з поверхнею кремнезему у водному середовищі. Для моделювання оксидів використаний кластерний підхід у якості структурних фрагментів вибирались тетраедричний, кубічний і гексагональний кластери, які містили 4, 8 та 12 тетраедрів SiO₂ відповідно. Вільна енергія адсорбції (G_адс) з врахуванням сольватації-десольватації, структурні і електронні параметри кластерів кремнезему, їх адсорбційних комплексів з біомолекулами були отримані ab initio та РМ3 з використанням сольватаційних моделей SM5.42, PCM, IEF PCM пакету GAMESS. Проведений аналіз впливу природи поверхні адсорбенту, оцінений вплив розчинника на стабільність адсорбційних комплексів. Аналіз структурних, електронних і енергетичних характеристик кластерів води поблизу гідрофобної поверхні з триметилсилільною групою показав, що вплив розчинника може змінювати тенденцію зниження адсорбційного потенціалу, викликану послабленням електростатичного потенціалу поверхні. Таким чином, аналіз сольватаційних ефектів дозволяє цілеспрямовано модифікувати поверхню з врахуванням структури адсорбату і властивостей розчинника.

Розділ 2. Об'єкти та методи досліджень

При проведенні досліджень з великого кола природних алюмосилікатів були вибрані наступні: сапоніт (Ташківське родовище, Славутський район Хмельницької області), бентоніт (Рівненська область), блакитна глина (Хмельницький район, Хмельницька область). У роботі використовували фракції глинистих матеріалів ? 1 мм.

Для одержання зразків глин з певними структурно-адсорбційними властивостями застосовували термічну та кислотну активацію. Активації піддавали тільки зразки природного сапоніту. Сапонітову глину поміщали у фарфорову чашку і прогрівали при температурі 300 ± 10єC на протязі 5 год. При виборі температури користувались рекомендаціями, що найбільші адсорбційні властивості спостерігаються у більшості мінералів при прогріванні при температурі 300 єC [9]. Активований кислотою сапоніт отримували шляхом обробки наважки глини при механічному перемішуванні певною кількістю 30% розчину H₂SO₄ при 90 С. Через 4 години тверду фазу відокремлювали від розчину, ретельно відмивали від залишків кислоти та просушували при кімнатній температурі.

Сапоніт - природний алюмосилікат з високими адсорбційними, іонообмінними, каталітичними і фільтраційними властивостями. Порода сапоніту - аргілітоподібний мінерал темно-червоного, іноді темно-рудого кольору, без запаху і смаку. У вологому стані сапоніт на дотик м'який і жирний, у сухому - щільний і крихкий. Твердість сорбенту в сухому стані становить 2,5 за мінералогічною шкалою.

За даними [55] елементарна комірка cапоніту відноситься до типу гексагональної кристалічної системи. Параметри, що характеризують форму елементарної комірки: ребра комірки - a = 5,282 Е, b = 5,282 Е, c = 15,35 Е; кути між ребрами - = 90 С, = 90 С, = 120 С. Приблизна хімічна формула Ca _0,2Mg₃(Si , Al)₄O₁₀ (OH)₂·4H₂O.

Для сапонітів Ташківського родовища Хмельницької області у [56] наводяться наступні хімічні формули: Na,Mg₃[Al,Si₃O₁₀]•(OH)₂•4H₂O або (Ca_0,5Na)•0,3(Mg,Fe²⁺)₃•3[(Si,Al)₄O₁₀]• (OH)₂•4H₂O.

Елементний склад природного сапоніту Ташківського родовища був досліджений за допомогою рентгенофлуоресцентного аналізу на прецізійному аналізаторі EXPERT 3L (НВП Інститут аналітичних методів контролю, Київ, Україна). Результати досліджень представлені у таблиці 2.1.

Таблиця 2.1. - Склад природного та кислотно активованого сапоніту.

№ п/п	Хімічний склад	Масова частка, %
		природний	кислотно активований
1	SiO2	52,594	61,925
2	Fe2O3	17,007	15,328
3	Al2O3	14,978	12,324
4	MgO	9,301	3,397
5	CaO	3,767	-
6	TiO2	1,639	2,743
7	MnO2	0,349	0,118
8	SO2	0,156	1,656
9	V2O5	0,126	0,161
10	CuO	0,0328	-
11	ZnO	0,0263	0,0124
12	ZrO2	0,0188	0,0127
13	K2O	-	2,309
14	Ni2O3	-	-

Визначений вміст основних елементів у структурі сапоніту Ташківського родовища (мас. %): Si 18,5 - 22,3; O 46,8 - 59,0; Mg 5,9 - 7,2; Al 6,6 - 7,9; Fe 6,7 - 17,0; Ti 0,4 - 0,6; K 0,3 - 0,9; Ca 0,8 - 2,2. Вміст елементів-домішок наступний (мас. %): Zn 0,12; Сr 0,005; Li 0,002; Ва, V, Ni на рівні 0,0015; Сu, Zn, Lа біля 0,0014; Sc, Gа біля 0,0007; Рb 0,0005.

Природний сапоніту характеризується наступними фізико-хімічними властивостями: зовнішня питома поверхня (для фракції 0,053 мм) - від 10,3 до 47,7 м²/г; здатність до набухання - 2,0 %; колоїдність - 11,7-12,7 %; ємність катіонного обміну - 54,8 мг-екв. на 100 г. При кислотній активації питома поверхня сапоніту значно зростає і досягає 177,9 м²/г [25]. Питома поверхня зразків сапоніту визначена методом БЕТ.

Рентгеноструктурний аналіз зразків природного і кислотно модифікованого сапоніту проводили на дифрактометрі MiniFlex 600 (корпорація Rigaku, Японія) з використанням монохроматичного Сu_К випромінювання (л = 1,5418 Е). Рентгенівська трубка працювала в режимі: напруга - 40 кВ, струм - 15 мА. Швидкість сканування 1 - 4°/хв, а діапазон кутів сканування 2и від 10 до 120°. Інтерпретацію фазового складу проводили з використанням аналітичного програмного забезпечення PDXL-2.

Дифрактограми зразків природного та кислотно активованого сапоніту представлені на рисунку 2.1.

1 - природного; 2 - кислотно активованого. Сап - сапоніт, Кв - кварц,

Анц - анальцим, Ант - анатаз, Гмт - гематіт, Дол - доломіт

Рисунок 2.1 - Дифрактограми зразків сапоніту.

Найбільш інтенсивний пік дифрактограм відповідає рефлексу смектитів. Широка форма цих смуг відповідає низькій ступені кристалічності та дисперсності частинок зразків. Невеликий, але досить гострий пік при 26,5° відповідає значному вмісту кварцу в зразках. Після кислотної активації інтенсивність піків, що відповідають мінеральним домішкам, помітно зростає, особливо для кварцу. Характер піків дифрактограми показує, що сапонітова порода з мінералів з три- і діоктаедричною структурою.

Структуру і морфологію поверхні природного і модифікованого зразків сапоніту було досліджено за допомогою скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) з сфокусованим іонним променем (SЕМ / FIB Quanta 200 3D FEG). На електронно-мікроскопічних знімках (рисунок 2.2) зображено характерну морфологію для даного глинистого мінералу, яка представлена шаруватою структурою у вигляді ізометричних тонко дисперсних плитчастих частинок. Для зразка природного сапоніту характерна структура більш аморфно-желеподібної маси, після обробки кислотою спостерігається виражене розшарування на пластинки, що пов'язано з частковим розчиненням октраедричного шару .

а) природній; b) кислотно активований.

Рисунок 2.2. Мікрофотографія СЕМ зразків сапоніту.

Бентоніти - один з різновидів природних дисперсних сорбентів, які після хімічного модифікування застосовуються в багатьох виробничих процесах [11, 26, 57]. Бентоніти - це порода, яка складається в основному із смектитових мінералів. У групу смектитів входять: монтморилоніт, бейделіт, нонтроніт та інші. Кристалічна гратка всіх смектитів має шарувату структуру. В елементарну комірку входять 3 шари, які утворюють пакет. Верхній та нижній шари пакету складаються із тераедрів Al, SiO₄. Між тетраедричними шарами розміщується шар, який складається з октаедрів Al і Fe.

Такий трьохшаровий пакет має негативний заряд, який обумовлюється заміщенням тривалентних елементів (Al, Fe) в октаедричному шарі на двовалентні (Mg, Fe) або чотиривалентного елемента Si на тривалентний Al в тетраедричному шарі. Завдяки негативному заряду на поверхні пакету розміщуються позитивно заряджені катіони - Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺. Внаслідок взаємодії з водою цих катіонів можуть утворюватись гідратні оболонки, і агрегат пакетів при цьому набухає.

Здатність бентонітів набухати, збільшуючись в об'ємі від двох до двадцяти разів, надзвичайно важлива властивість для їх промислового використання. Серед смектитів найвищу здатність до набухання має монтморилоніт. До істинних бентонітів відноситься монтморилонітова глина, в якій вміст монтморилоніту більше 70%.

Було зроблено припущення, що досліджуваний природний бентоніт, за своїм усередненим хімічним складом близький до того, що наведений для бентонітних глин, у роботі [57] (таблиця 2.2).

Блакитна глина, яка доволі широко розповсюджена у Хмельницькій області, складається переважно з мінералу нонтроніту з домішкою каолініту та органічних включень [58]. Приблизна хімічна формула для нонтроніту Na_0,3Fe³⁺₂[(Si,Al)₄O₁₀](OH)₂·nH₂O. Блакитна глина містить 54,1% SiO₂, 14,61% Al₂O₃, 5,65% оксидів феруму, 4,44% CaO, 4,21% MgO, 3,08% оксидів лужних металів, 0,74% титану оксиду.

Таблиця 2.2. - Склад природного бентоніту.

№ п/п	Хімічний склад	Масова частка, %
1	SiO2	58,89
2	Fe2O3	6,95
3	FeO	0,20
3	Al2O3	11,05
4	MgO	2,26
5	CaO	4,47
6	TiO2	0,55
7	MnO	0,18
8	SO3	0,15
9	Na2O	0,44
10	K2O	1,14
11	P2O5	0,06
12	Адсорбована вода	9,97
13	Сорг.	0,1

Для забезпечення адсорбції на поверхні глинистих матеріалів вуглеводнів проводили гідрофобізацію їх поверхні. Обробка глинистих матеріалів органічними сполуками дозволяє створити мінерально-органічні матеріали, в яких сполучаються властивості вихідного неорганічного матеріалу і органічного полімеру. Використовуючи різні властивості мінеральної підложки та полімеру, можна варіювати властивості даної системи у широких межах в залежності від подальшого використання [11, 26].

Для гідрофобізації поверхні сапоніту були використані препарати на основі полісилоксанів, а саме на основі полідиметилсилоксану (ПДМС) чи полісилоксану (ПС). Структурна формула полідиметилсилоксану , а полісилоксану . Полісилоксани є безкольоровими маслянистими рідинами з різною молекулярною масою і в'язкістю. Полісилоксани відрізняють високою термічною стабільністю, хімічною стійкістю, низькою температурою застигання та нетоксичністю, що обумовило їх широке застосування у техніці (мастильні матеріали, каучуки, теплоносії) і медицині (компоненти лікарських мазей, ентеросорбенти, пов'язки, елементи апаратів штучного обігу). Оскільки полісилоксани є поверхнево-активними речовинами, то вони сприяють утворенню фази нафти в результаті дестабілізації водо-нафтових емульсій [59].

Гідрофобізовані зразки сапонітової глини готували наступним чином. Природного мінералу розтирали у фарфоровій ступці, просіювали через сита з розмірами комірки 1,0 мм із нержавіючої сталі, зберігали при нормальній температурі 20 ± 2 є C та відносній вологості = 65%. З метою утворення вторинної розвинутої пористості сапоніту, його прожарювали при 100 °С дві години. Потім сапоніт змішували із емульсіями для гідрофобізації на основі ПДМС чи ПС (концентрацією від 20 до 35 %) при співвідношенні Т:Р 2:3. Модифікацію проводили при температурі 40 - 60 ° С протягом 4 годин у реакторі з безперервним перемішуванням. Одержаний осад промивали дистильованою холодною та теплою водою, відфільтровували та сушили при 50 °С протягом 2 годин.

Характеристика препарату на основі полідиметилсилоксану: біла емульсія катіоноактивна, рН 4,5 - 6,5; питома вага при 20 °С 0,990 - 1,010 г/см³; стійка до жорсткої води і слабких кислот. Ступінь полімеризації ПДМС становить 52, молекулярна маса досягає 6400.

Характеристика препарату на основі полісилоксану: прозора мікроемульсія катіоноактивна; рН 4,0 - 6,0; питома вага при 20 °С на рівні 1,0 г/см³; стійка до жорсткої води, кислот та лугів.

Частина експериментів проводилась на гранульованих зразках сапоніту, гідрофобізованих препаратом на основі ПДМС. Для формування гранул використовували гранулятор побутовий ГКМ-100. Сформовані гранули піддавали відпалу при температурі 500 та 600°С протягом двох годин.

Для вивчення можливості використання глинистих матеріалів для очистки вуглеводневих суміші були проведені експерименти по очистці бензину марки А-92 компанії Укрнафта. Адсорбційна очистка бензину, який представляє собою суміш вуглеводнів, дозволить підвищити якість і знизити токсичність при видаленні низько октанових парафінових вуглеводнів. Показники бензину марки А-92 згідно [60] представлені у таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 - Основні показники бензину А-92.

Найменування показників	Одиниці вимірювання	Граничне значення
		мінімальне	максимальне
1	2	3	4
Октанове число по дослідницькому методу визначення	-	92,0	-
Октанове число по моторному методу визначення	-	83,0	-
Густина при 15 0С	кг/м3	720,0	775,0
Фракційний склад:
границі перегонки: - 10% бензину - 50% бензину

Подобные документы

• Модифіковані адсорбенти та межі їх використання

  Сорбція та її головні види. Методи модифікування адсорбентів, вибір та вимоги до носіїв. Задача вибору модифікатора, якірна група. Модифікування кремнезему та вуглецевих матеріалів. Коротка характеристика меж використання модифікованих адсорбентів.
  
  реферат [77,8 K], добавлен 10.11.2014
  

• Розробка технології методу SPS для виготовлення матеріалів на основі Bi2Te3

  Аналіз методів підвищення добротності матеріалів із застосуванням технології іскрового плазмового спікання. Фізичні основи SPS-процесу. Властивості термоелектричних матеріалів на основі Bi2Te3., методика їх подрібнення. Порядок сепарації Bi2Te3.
  
  дипломная работа [2,6 M], добавлен 01.03.2014
  

• Використання зміни концентрації родаміну 6Ж при екстракційно-фотометричному визначенні аніонних поверхнево-активних речовин

  Вплив різних аніонів на розвиток асоціації молекул родаміну 6Ж. Кислотно-основна рівновага органічних реагентів класу Родамінів. Методи визначення аніонних ПАР. Аналіз складних сумішей АПАР. Приготування розчину оксиетильованого алкілсульфату натрію.
  
  дипломная работа [51,2 K], добавлен 25.06.2011
  

• Advanced oxidation processes для очищення стічних вод фармацевтичних підприємств від антибіотиків

  Досліджено технологію очищення стічних вод після фармацевтичних виробництв від токсичних речовин, яка включає в себе розширені окисні методи AOPs. Визначено напрямки застосування даних окиснювальних процесів в якості доочистки або попередньої обробки.
  
  статья [626,0 K], добавлен 24.04.2018
  

• Діаграми стану сплавів та їх зв’язок із властивостями матеріалів

  Види структур сплавів, схема розподілу атомів у гратах твердих розчинів. Залежність властивостей сплавів від їх складу. Основні методи дослідження та їх характеристика. Зв’язок діаграми стану "залізо-цементит" із властивостями сталей, утворення перліту.
  
  курсовая работа [2,3 M], добавлен 15.02.2011
  

• Властивості нафти

  Дослідження складу, оптичних, електричних властивостей нафти. Огляд особливостей використання в хімічній промисловості. Значення в'язкості для видобутку і транспортування нафтопродуктів. Технології перегонки нафти. Аналіз проблем забруднення середовища.
  
  презентация [1,5 M], добавлен 24.12.2012
  

• Класифікація та основні властивості провідникових матеріалів

  Класифікація провідникових матеріалів. Електропровідність металів. Розгляд питання зштовхування електронів з вузлами кристалічної решітки. Латунь як сплав міді з цинком, її властивості та якості провідника. Особливості використання алюмінієвих сплавів.
  
  реферат [42,2 K], добавлен 24.11.2010
  

• Атомно-абсорбційний метод дослідження рідини

  Атомно-абсорбційний аналіз - метод кількісного елементного аналізу по атомних спектрах поглинання (абсорбції) рідини. Принципова схема полум'яного атомно-абсорбційного спектрометра. Визначення деяких токсичних елементів за допомогою даного методу.
  
  курсовая работа [193,5 K], добавлен 22.05.2012
  

• Ідинтифікація полімеру

  Основні фізичні властивості полімерного матеріалу. Порівняння фізичних властивостей полімерних матеріалів. Довжина молекули полімеру. Позначення поліетилентерефталату на ринку. Основні сфери застосування поліетилентерефталату (ПЕТ) у промисловості.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 29.12.2015
  

• Дослідження протикорозійних властивостей епоксидних покриттів у сірководневих середовищах

  Властивості і застосування епоксидних і епоксиефірних лакофарбових матеріалів. Дослідження водопоглинання епоксидного покриття Jotamastic 87 GF. Рідкі епоксидні лакофарбові матеріали, що не містять летких розчинників. Пневматичний пістолет-розпилювач.
  
  дипломная работа [2,1 M], добавлен 20.12.2014
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам